獨家丨城市型瀝青混合料攪拌設(shè)備的節(jié)能與環(huán)保技術(shù)

guoxiongxin 2019-09-14

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解貞，梁新文，張永衛(wèi)

（中交西安筑路機械有限公司，陜西西安 710200）

瀝青混合料攪拌設(shè)備是各等級瀝青公路路面施工機械的重要組成部分，在近幾十年得到了長足的發(fā)展，在穩(wěn)定性、精度、產(chǎn)能等指標(biāo)方面都有明顯的提高，但受市場承受能力及政策法規(guī)制約少的影響，整個行業(yè)都存在著只關(guān)心生產(chǎn)，不關(guān)心排放和能源損耗的情況。隨著社會對環(huán)境問題的日益重視、國家新環(huán)保法的實施以及國家可持續(xù)發(fā)展的需要，很多地區(qū)已著手治理攪拌設(shè)備帶來的環(huán)境污染和能源浪費問題。特別是在城市和城市周邊，對攪拌設(shè)備能否施工，并滿足國標(biāo)、行標(biāo)、地標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保要求和節(jié)能減排更加嚴(yán)格。

本文將從城市型瀝青混合料攪拌設(shè)備（見圖1）的環(huán)保主機、溫拌裝置、廠拌再生裝置3個部分詳細(xì)探討，解決傳統(tǒng)攪拌設(shè)備存在的問題，使之能達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，并滿足對能源再利用、節(jié)能環(huán)保方面的需求。

環(huán)保主機節(jié)能環(huán)保技術(shù)

1.1 攪拌設(shè)備粉塵、煙氣的成分及危害

瀝青混合料是一種復(fù)合材料，主要由瀝青、粗骨料、細(xì)骨料、礦粉組成。瀝青混合料攪拌設(shè)備在骨料的烘干、加熱、篩分、攪拌等工作過程中均會產(chǎn)生一定量的粉塵，骨料在加熱干燥過程中燃料燃燒時產(chǎn)生大量的氮硫氧化物，瀝青在進(jìn)行加熱過程中揮發(fā)煙氣（俗稱蘭煙）。

粉塵是機械過程（破碎、篩分、運輸?shù)龋┊a(chǎn)生的微細(xì)粒子，是能在氣體中分散（懸浮）一定時間的固體粒子，粒徑范圍很廣，由細(xì)至0.1到數(shù)百μm不等。粉塵對人體健康、生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境和生態(tài)平衡等諸多方面產(chǎn)生不良影響。

煙氣主要由液態(tài)烴類顆粒物和氣態(tài)烴類衍生物組成，其中大部分是0.1~lμm的焦油細(xì)霧粒。瀝青煙氣成分中含有近200種有機污染物，主要是多環(huán)芳烴類物及少量氧、氮、硫的雜環(huán)混合物，主要有害成分為酚類、蒽萘類及苯并[a]芘。一般石油瀝青含苯并[a]芘為0.1~27mg/kg，裂解石油瀝青為4~272mg/kg。瀝青煙氣對環(huán)境和人體健康的影響非常明顯，有較強的致癌作用。

1.2 設(shè)備粉塵、煙氣的處理

對于城市型瀝青混合料攪拌設(shè)備，考慮到通用性及環(huán)保指標(biāo)，除主除塵器外，通常冷配系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)各增加1個布袋除塵器。所有布袋除塵器負(fù)責(zé)含塵空氣的過濾，粉塵的捕捉、分離、排放濃度小于20mg/m³，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國標(biāo)、地標(biāo)的要求。因環(huán)保系統(tǒng)含塵空氣溫度較低，單獨設(shè)置可減少對主布袋除塵器系統(tǒng)的影響，同時針對低溫除塵，選取不同的濾袋材料和清吹方式，可以更好的適合工況。對不同除塵器過濾分離后的粉塵，用螺旋收集在一起，回收到粉料罐內(nèi)暫存。同時配有粉料外排系統(tǒng)，可直排到粉罐車，也可通過水?dāng)嚢柩b置進(jìn)行加濕處理，裝車后運離。

通過對瀝青煙氣成分的深入研究，并對煙氣的各種處理方式進(jìn)行綜合對比（見表1），提出了合理的瀝青煙氣處理方案?？紤]到客戶投入成本，提出兩種不同的瀝青煙氣處理方案供客戶選擇，一種是對于主樓各卸料區(qū)及車道外泄的大量瀝青煙氣，以及罐區(qū)的有機廢氣，通過收集系統(tǒng)回收后，進(jìn)入烘干筒進(jìn)行二次燃燒，可以實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。這種方式優(yōu)點是成本低廉，缺點是要求主烘干系統(tǒng)工作時才能處理煙氣，并且隨設(shè)備工況變動可能出現(xiàn)處理不徹底的現(xiàn)象，超標(biāo)排放，并且污染布袋。第二種方式是針對高標(biāo)準(zhǔn)要求的地區(qū)和客戶設(shè)計，采用專用的有機廢氣凈化機。

通過對4家有實例的廢氣處理廠家進(jìn)行現(xiàn)場參觀交流，結(jié)合理論方案和監(jiān)測報告，最后確定第二種專用的有機廢氣凈化機方案為：主樓及車道瀝青煙氣通過等離子光催化一體機進(jìn)行分解凈化，瀝青罐區(qū)煙氣通過專用燃燒凈化機進(jìn)行焚燒處理，使用效果非常理想，排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國標(biāo)，設(shè)備維護(hù)工作量小，安全穩(wěn)定。

1.3 節(jié)能減排技術(shù)

烘干筒、熱提、振動篩、熱料倉、稱量斗、攪拌鍋、成品料倉全部采用高性能保溫材料保溫，通過全加熱工藝過程保溫，熱量損失減少40%以上；優(yōu)化筒體葉片布局，降低煙氣溫度，尾氣溫度可控制在90℃~100℃之間，降低熱損耗；優(yōu)化配料控制系統(tǒng)，減少廢溢料，降低熱損耗；采用軟啟及變頻技術(shù)，降低電耗；所有布袋除塵器濾袋采用緊裝配，確保無粉塵泄露；采用低氮燃燒器，可配燃?xì)馇鍧嵞茉?，天然氣燃燒充分，燃燒廢氣排放指標(biāo)更低。同時，回收粉料中由于燃燒殘留物的減少，大大提高了混合料的性能，形成良性循環(huán)。

1.4 降噪技術(shù)

攪拌設(shè)備國標(biāo)規(guī)定的環(huán)境噪音為85dB（A），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出城市周邊環(huán)境噪聲的限制，對于以工業(yè)區(qū)、倉儲物流區(qū)為主的3類聲環(huán)境功能區(qū)，廠界噪音日間限制為65dB（A），這就要求攪拌設(shè)備針對噪聲源進(jìn)行強力的降噪措施。瀝青混合料城市型成套攪拌設(shè)備首先對引風(fēng)機和燃燒器兩大噪音大戶進(jìn)行了特殊處理，引風(fēng)機外敷消音棉，在外部加蓋隔音房，配有通風(fēng)降溫設(shè)施；燃燒器處加大了消音器的設(shè)計；另外，設(shè)備從烘干筒、熱提、振動篩、熱料倉、稱量攪拌、成品料倉多個總成外加礦棉保溫和降噪處理；同時主樓采用全包封結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低材料運動以及設(shè)備自身的噪音。經(jīng)實地檢測，在廠界處，噪音低于65dB（A），滿足3類聲環(huán)境功能區(qū)的排放要求。

溫拌裝置節(jié)能環(huán)保技術(shù)

2.1 技術(shù)概況

研究溫拌技術(shù)的初衷是減少瀝青煙氣對人體的危害。由于瀝青煙在130℃~140℃左右產(chǎn)生，因此溫拌瀝青的溫度上限限定在130℃，避免了瀝青煙的產(chǎn)生。同時，根據(jù)環(huán)境保護(hù)部對幾千噸混合料檢測得出的綜合數(shù)據(jù)，這套技術(shù)能夠降低CO₂排放56%，能耗降低22%，減少對人體有害的氣體81%。

溫拌瀝青混合料（Warm Mix Asphalt，簡稱WMA），就是通過一定的技術(shù)措施，使瀝青能在相對較低的溫度下進(jìn)行拌和及施工，同時保持其不低于熱拌瀝青混合料（Hot Mix Asphalt，簡稱HMA）的使用性能的瀝青混合料技術(shù)，也稱為溫拌瀝青技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵是，在不損傷HMA路用性能的前提下如何降低瀝青在較低溫度下的拌和粘度。

目前，國內(nèi)外制備溫拌瀝青混合料通常采用4種不同的方式實現(xiàn)，分別為：瀝青—礦物法（Aspha-Min）、乳化瀝青溫拌法（Evotherm溫拌劑）、有機添加劑法（Sasobit）和泡沫瀝青溫拌法。在國內(nèi)，采用較多的是乳化瀝青溫拌法和有機添加劑法，即在瀝青混合料拌和時添加Evotherm溫拌劑或者Sasobit溫拌劑來實現(xiàn)溫拌，但是由于溫拌劑成本較高，使得溫拌瀝青混合料的生產(chǎn)成本增加，并且其中溫拌劑中所含化學(xué)成分對瀝青性能也有一定的影響。

2.2 綠色發(fā)泡溫拌技術(shù)

本文論述的綠色發(fā)泡溫拌系統(tǒng)是在正常熱拌瀝青混合料生產(chǎn)過程中，在高溫瀝青中添加一定比例的水，使瀝青急劇氣化，體積迅速膨脹，生成泡沫瀝青，并以泡沫瀝青的形式噴入拌缸與集料拌和成瀝青混合料（見圖2）。泡沫瀝青比瀝青粘度低，但和易性增加，可以在較低的溫度下充分裹覆集料，降低瀝青混合料的拌和溫度，實現(xiàn)泡沫瀝青溫拌混合料生產(chǎn)。

該技術(shù)的工藝流程主要由瀝青供給系統(tǒng)、石料供給系統(tǒng)和水供給系統(tǒng)3部分組成。PLC主要根據(jù)瀝青用量來控制水的注入量，瀝青經(jīng)過發(fā)泡后與石料和粉料混合形成低于130℃的無藍(lán)煙的合格瀝青混合料。

這種溫拌瀝青相比普通熱拌瀝青的優(yōu)勢明顯，具體表現(xiàn)在：

（1）降低瀝青老化程度，沒有藍(lán)煙和氣味，改善工作環(huán)境。

特別適用于在城市道路、里巷道路等人口密集地區(qū)施工，對周圍環(huán)境、空氣質(zhì)量影響非常小。也適合隧道瀝青路面施工，為施工人員創(chuàng)造了良好的施工環(huán)境。

（2）將混合料溫度降低了28℃~44℃，節(jié)省了14%以上的燃油消耗，以及50%以上的CO₂排放。

（3）使用成本低廉，實現(xiàn)溫拌不需要添加高昂的溫拌劑，只需使用少量的水即可。

以年生產(chǎn)量30萬t料為例，采用綠色發(fā)泡溫拌技術(shù)，燃油消耗預(yù)計每年可節(jié)約108萬元以上。發(fā)泡溫拌與使用溫拌劑比較，每年可節(jié)約900萬元。

（4）攪拌站維修費用降低，攪拌站安全性提高。

（5）可使用高比例的再生料。

（6）延長施工季節(jié)，增加瀝青路面施工靈活性、便利性。

溫拌瀝青技術(shù)可以使傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料對施工溫度嚴(yán)格控制的要求得以放寬，可適當(dāng)延長作業(yè)時間，保證壓實質(zhì)量；在較低環(huán)境溫度下施工，延長施工期。

（7）鋪筑的路性能更好、壽命更長。

2.3 綠色發(fā)泡溫拌技術(shù)在城市專用間隙式攪拌設(shè)備中的應(yīng)用

綠色發(fā)泡溫拌裝置可使用在連續(xù)式瀝青攪拌設(shè)備上，也可使用在各種規(guī)格的間歇式瀝青攪拌設(shè)備上（見圖3），具有安裝方便、操控簡單、計量準(zhǔn)確、匹配性強、適應(yīng)性廣等特點，對普通瀝青、改性瀝青、橡膠瀝青等各種熱瀝青均能達(dá)到良好的使用效果。

廠拌再生裝置節(jié)能環(huán)保技術(shù)

3.1 技術(shù)概況

瀝青路面廠拌熱再生設(shè)備技術(shù)，是將回收的舊瀝青路面混合料運至攪拌廠，經(jīng)破碎、篩分、烘干加熱（必要時加入再生添加劑），與新骨料、瀝青及粉料等按一定級配重新拌和生成新的混合料，使之能夠滿足一定的路用材料性能的工藝技術(shù)。該項技術(shù)可廣泛應(yīng)用于舊路改造升級、高速公路大修、低等級路面的修筑，因其具有多重優(yōu)點而受到國內(nèi)外公路行業(yè)的重視。該技術(shù)降低了施工成本，節(jié)約了集料和瀝青，保持了原路面的幾何特性，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源。目前，發(fā)達(dá)國家如美國、日本等再生料的回收再利用率都在80%以上。我國根據(jù)《十二五公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要》規(guī)劃，到2015年全國公路養(yǎng)護(hù)廢舊瀝青路面材料的循環(huán)利用率達(dá)到40%。廠拌熱再生應(yīng)用最為普遍，再生效果較好。但在設(shè)備運行中也存在一些亟待解決的問題。本文重點研究和討論回收料瀝青老化、瀝青煙氣處理和級配問題。

3.2 先進(jìn)廠拌再生技術(shù)

關(guān)于回收料瀝青老化問題，回收料在加熱過程中，為防止回收料直接接觸明火，目前國內(nèi)外產(chǎn)品主要采用熱風(fēng)爐或不帶熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)，所不同的是，帶熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)。是將火焰燃燒區(qū)放在熱風(fēng)爐內(nèi)，而干燥滾筒前端區(qū)域僅為進(jìn)料區(qū)；不帶熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)是將干燥滾筒延長，確保最大燃燒量時燃燒器的火焰長度仍小于筒體內(nèi)預(yù)留火焰燃燒區(qū)的長度。但隨著溫度的升高，當(dāng)直接加熱溫度達(dá)到450°以上時，瀝青的針入度、延度都會發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青不同程度的老化。針對該問題，采用帶有二次風(fēng)保護(hù)的加熱系統(tǒng)，防止火焰與回收料直接接觸的裝置，防止由于高溫回收料中的瀝青產(chǎn)生藍(lán)煙和老化，原理圖如圖4。

關(guān)于瀝青煙氣處理的問題。再生料中含有一定的水分（這與再生料存放的方式有著直接的關(guān)系），在干燥滾筒內(nèi)加熱或與高溫新骨料接觸時，都會產(chǎn)生水蒸氣，以及析出輕質(zhì)油分，產(chǎn)生環(huán)境污染。目前處理的方式有直接進(jìn)入布袋除塵器處理，但此種方式存在較大污染問題。另一種方式是進(jìn)入主機干燥滾筒進(jìn)行二次燃燒，效果相對較好，但主機滾筒二次燃燒壓力較大。充分研究分析后提出將再生瀝青煙氣分兩路焚燒，一路將濃度較高的瀝青煙氣送至再生滾筒二次焚燒，同時降低筒體內(nèi)高溫?zé)煔獾臏囟龋灰宦分林鳈C干燥滾筒進(jìn)行二次焚燒，這樣可以大大減輕主機滾筒的壓力，將濃度較高的瀝青煙氣進(jìn)行二次燃燒，分流至主機滾筒的瀝青煙氣含量也會有一定程度的降低。

關(guān)于級配問題，由于銑刨回來的回收料細(xì)料較多，與原級配發(fā)生較大偏離，如果直接按原級配加入，再生混合料級配將發(fā)生變化。在施工現(xiàn)場一般將回收料分為10mm以下和以上兩種規(guī)格，有的施工單位甚至不進(jìn)行篩分直接使用，都會有不同程度級配難以控制的問題。

結(jié)束語

以上環(huán)保主機、溫拌裝置和廠拌再生開發(fā)的先進(jìn)環(huán)保節(jié)能技術(shù)已經(jīng)用于中交西筑城市型瀝青混合料攪拌設(shè)備，經(jīng)西安筑路機械測試中心檢測，各項性能指標(biāo)符合GB/T17808-2010《道路施工與養(yǎng)護(hù)機械設(shè)備瀝青混合料攪拌設(shè)備》的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和設(shè)計要求，其中各項節(jié)能環(huán)保指標(biāo)很大程度優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。經(jīng)多個工地驗證，有效控制了瀝青混合料攪拌設(shè)備生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染，保護(hù)了環(huán)境，避免了不必要的能源浪費，效果良好。